СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………………………………………………………………………………………….стр.1
Глава1.
1.1 Закон Ома……………………………………………………………………………………………………………………………….стр.2
1.2 Закон ома для участка цепи………………………………………………......................................................стр.3-6
Глава2.
2.1Применение закона ома в работе электрической цепи электровоза………………………стр.7-8
Заключение……………………………………………………………………………………………………………………….стр.9
ВВЕДЕНИЕ
Первоначально электрическая тяга применялась на городских трамвайных линиях и промышленных предприятиях, особенно на рудниках и в угольных копях. Но очень скоро оказалось, что она выгодна на перевальных и тоннельных участках железных дорог, а также в пригородном движении. В 1895 г. в США были электрифицированы тоннель в Балтиморе и тоннельные подходы к Нью-Йорку. Для этих линий построены электровозы мощностью185кВт(50км/ч).
После первой мировой войны на путь электрификации железных дорог вступают многие страны. В СССР был построен первый отечественный электровоз серии Сс в 1932г. Уже к 1935 г. в СССР было электрифицировано 1907 км путей и находилось в эксплуатации 84 электровоза.
В настоящее время общая протяженность электрических железных дорог во всем мире достигла 200 тыс. км, что составляет примерно 20% общей их длины. Это, как правило, наиболее грузонапряженные линии, горные участки с крутыми подъемами и многочисленными кривыми участками пути, пригородные узлы больших городов с интенсивным движением электропоездов.
Техника электрических железных дорог за время их существования изменилась коренным образом, сохранился только принцип действия. Применяется привод осей локомотива от электрических тяговых двигателей, которые используют энергию электростанций. Эта энергия подводится от электростанций к железной дороге по высоковольтным линиям электропередачи, а к электроподвижному составу - по контактной сети. Обратной цепью служат рельсы и земля.
Применяются три различные системы электрической тяги - постоянного тока, переменного тока, двойного питания, многосистемные.
Цель работы: изучение практического применения закона Ома в работе электрической цепи электровоза
Для достижения поставленной цели выдвинуты следующие задачи:
1. Изучить источники информации по данной теме
2. Проанализировать закон Ома для участка цепи
3. Проанализировать закон Ома для полной цепи
4. Рассмотреть применение закона Ома в работе электрической цепи электровоза
Глава 1.
1.1 Закон ома Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.
Представим, что ток — это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.
Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)
Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление — это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.
Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид — на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.
В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток — движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.
В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.
Закон Ома для участка цепи
Рисунок - Георг Ом
В 1826 величайший немецкий физик Георг Симон Ом публикует свою работу «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество», где дает формулировку знаменитому закону. Ученые того времени встретили враждебно публикации великого физика. И лишь после того, как другой ученый – Клод Пулье, пришел к тем же выводам опытным путем, закон Ома признали во всем мире. Немецкий физик Георг Ом (1787 -1854) экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорционально напряжению U на концах проводника.
Схема участка цепи
Формулировка закона Ома для участка цепи – сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению.
где R - электрическое сопротивление проводника.
Уравнение I = U/R выражает закон Ома для участка цепи (не содержащего источника тока): сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорционально сопротивлению проводника. Участок цепи, в котором не действуют э.д.с. (сторонние силы) называют однородным участком цепи, поэтому эта формулировка закона Ома справедлива для однородного участка цепи.
Любой участок или элемент электрической цепи можно охарактеризовать при помощи трёх характеристик: тока, напряжения и сопротивления.
Магический треугольник.
Как использовать треугольник Ома:
закрываем искомую величину - два других символа дадут формулу для её вычисления. Кстати, законом Ома называется только одна формула из треугольника – та, которая отражает зависимость тока от напряжения и сопротивления. Две другие формулы, хотя и являются её следствием, физического смысла не имеют. Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы. Чтобы подчеркнуть это, иногда формулу закона Ома для участка цепи пишут так:
ампер = вольт/ом. Можно также рассчитывать ток в миллиамперах и микроамперах, при этом напряжение должно быть выражено в вольтах, а сопротивление — в килоомах и мегаомах соответственно.
Рассмотрим замкнутую электрическую цепь, состоящую из двух частей: собственно источника с электродвижущей силой Ɛ и внутренним сопротивлением r и внешней части цепи — проводника с сопротивлением R).
Схема полной цепи
Закон Ома для полной цепи устанавливает зависимость силы тока в замкнутой цепи I от электродвижущей силы источника Ɛ и полного сопротивления цепи R + r. Эту зависимость можно установить на основании закона сохранения энергии и закона Джоуля-Ленца. Если через поперечное сечение проводника за время Δt заряженными частицами переносится заряд Δq, то работа сторонних сил
Aст. = ƐΔq = ƐIΔt.
Если в цепи электрическая энергия превращается лишь в тепловую, то по закону сохранения энергии Аст. = Q и общее количество теплоты, выделяющееся в замкнутой цепи, равно сумме количеств теплоты, выделяющихся во внешней и внутренней частях цепи
Q = I2RΔt + I2rΔt.
Если
Aст. = Q = (Ɛ / R + r) • IΔt,
то
ƐIΔt = I2RΔt + I2rΔt.
Итак,
Ɛ = IR + Ir
и
I = Ɛ / (R + r),
что и выражает закон Ома для полной цепи.
Закон Ома для полной цепи. Сила тока в замкнутой цепи измеряется отношением электродвижущей силы источника тока, имеющегося в этой цепи, к полному ее сопротивлению.
Из сказанного выше можно сделать вывод, что закон Ома для полной цепи является одним из выражений закона сохранения энергии.
Во многих случаях для характеристики источников тока недостаточно использовать лишь ЭДС. Пусть, например, необходимо установить, ток какой максимальной силы может дать определенный источник тока. Если исходить из закона Ома для полной цепи
I = Ɛ / (R + r),
то очевидно, что максимальной сила тока в цепи будет тогда, когда внешнее сопротивление цепи R стремится к нулю — это короткое замыкание в цепи. При этом ток короткого замыкания имеет силу Imax = Ɛ / r, поскольку Ɛ и r изменить для данного источника мы не можем, они являются характеристиками источника.
Если представить, что сопротивление внешней части цепи стремится к бесконечности (цепь становится разомкнутой), то напряжение на полюсах источника тока IR стремится к электродвижущей силе, то есть: электродвижущая сила источника тока равна напряжению на полюсах разомкнутого источник а.
Глава 2.